Портландцемент
Портландцемент
Портландцемент получается путем совместного мелкого помола определенного количества гипса и клинкера, и является гидравлическим вяжущим веществом приобретающем свою твердость при взаимодействии с водой и с внешней атмосферой. Во время помола для придания цементу специальных качеств могут добавляются минеральные активные добавки.
Клинкер портландцемента получается путем спекания при высоких температурах сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины, которые берутся в определенных пропорциях.
Портландцемент может быть различной плотности, которая напрямую зависит от вида и количества вошедших в его состав добавок, и может колебаться в пределах 2900....3100 кг/м3; объемная насыпная масса в уплотненно состоянии - 1500...1800 кг/м3, в рыхлом состоянии - 1000...1200 кг/м3. Портландцемент после затворения водой превращается в камневидное тело.
Минералогический состав.
Основными окислами, входящими в состав портландцемента являются CaO, SiO2, Al2O2 и Fe2O2, содержащиеся в клинкере, при обжиге взаимодействуют между собой, образуя различные минералы. Процентное содержание важнейших клинкерных минералов в портландцементе: трехкальциевый силикат (алит) - 3CaО*SiO2(C2S) - 42....65%; двухкальциевый силикат (белит) - 2СаО*Аl2O3(C2S) - 15...65%; трехкальциевый алюминат 3CaО* Аl2O3(С3А) - 2...15%; четырехкалециевый алюмоферит 4CaО* Аl2O3* Fe2O3(С4АF) - 10...25%. Cуммарное количество клинкерных минералов составляет 95..98%. Кроме этих минералов в состав портландцемента входят свободные окислы и другие малозначимые для портландцемента минералы.
Свойства. Важнейшие свойства портландцемента - тонкость помола, сроки схватывания и твердения, прочность и изменение объема после твердения.
Тонкость помола характеризует степень измельчения цемента и устанавливается ситовым анализом. Тонкость помола портландцемента должна быть такой, чтобы при просеивании сквозь сито с ячейками в сите №008 проходило не мене 85% массы просеиваемой пробы. При тонком помоле цементного клинкера происходит быстрее взаимодействие цемента с водой. С увеличением тонкости помола цемента, его прочность возрастает.
Схватывание и твердение. При смешивании портландцемента с водой образуется пластичное тесто, которое постепенно твердеет и переходит в камнеподобное состояние.
Процесс твердения портландцемента можно условно разделить на три периода.
Первый период (жидкая фаза). При затворении цемента водой начинается растворение цементного клинкера и гипса.
Второй период (коллоидация). При полном насыщении раствора, в основном за счет Са(ОН)2, гидратные соединения выпадают в виде маленьких частиц, обладающих клеящей способностью, и образуют гель (студнеобразное вещество). В процессе дальнейшей гидрации в цементном тесте уменьшается свободная вода, клеящая способность геля увеличивается и он склеивает частицы цемента и наполнителя. Цементное тесто начинает густеть, теряет пластичность, т.е. начинает схватываться, превращаясь в камневидное тело.
Третий период (кристаллизация). Выпавшие из раствора гидроокись кальция и трехкальциевый алюминат начинают переходить в кристаллическое состояние. Образующиеся кристаллы сращиваются между собой и обрастают длинными иголками кристаллов, превращаясь в «еж». Из за взаимного проникновения и сцепления иголок образуется прочный кристаллический каркас (конец схватывания).
Дальнейшее уплотнение цементного камня вызывается: продолжением реакции взаимодействия цемента с водой; дополнительной кристаллизацией, упрочняющей кристаллические сростки; собирательной кристаллизации в гелях, при которой происходит их частичное обезвоживание; испарение капиллярной воды и слабосвязанной воды в гелях.
Затвердевший цементный камень представляет собой кристаллический каркас, заполненный тонкораспределенной массой геля, внутри которого находятся не затронутые реакцией внутренние слои цементных зерен. Имеющиеся в камне поры заполнены воздухом и капиллярной водой.
На время схватывания портландцемента действует тонкость помола, температура окружающей среды и многое другое. С опусканием температуры время затвердевания возрастает, а с ростом температуры -падает. Установленные ГОСТами сроки затвердевания при температуре 20 С: начало затвердевания наступает не раньше 45 мин, а конец - не позднее 10 ч от начала затворения.
Прочность цемента определяется запасом прочности на сжатие и изгиб. Прочность затвердевшего тела по истечении времени возрастает. В течении 3...7 суток процессы протекает очень быстро; затем рост прочности происходит медленее; через 3 месяца прочность нарастает не заметно. Во сырой среде и при плюсовых температурах рост прочности проходит даже на протяжении 35 лет и более. Твердение цемента можно ускорить или замедлить, добавив в цементный раствор специальные химические добавки - ускорители твердения или добавки-замедлители.
Изменение объема при твердение. Портландцементное тесто при воздушном твердении незначительно меняется в объеме. Тех. Требования обязывают, чтобы это перемены объема проходили равномерно. Равномерность объема испытуемого образца проверяют в кипящей воде и пропариванием лепешек из цементного теста в возрасте 24 ч. Уменьшение объема схватившегося цементного раствора вызывает уменьшение объема цементного теста соответствующее, которое характеризуется усадкой. В отделочных растворах усадка может вызывать появление трещин или отслоение штукатурки и облицовки. Обычно, усадка цементного камня является длительным процессом. Самые большие деформации бывают на начальной стадии, а затем они замедляются.
Условия твердения прямым образом действуют на габариты усадки цементного камня. Так, при уменьшении относительной влажности воздуха с 85 до 39 % усадка увеличивается в 2, 5 раза. При относительной влажности воздуха 65% усадка может составить через 7 сут 0,4 мм/м, через 28 сут - 0,6 мм/м, через 28 - 0,6 мм/м и через 180 сут - 1,7 мм/м.
При твердении портландцемента в воде он увеличивается в объеме и набухает. Размер набухания обычно в несколько раз меньше, чем усадка и обычно составляет 0,1....0,3 мм/м.